JP3505669B2 - 電界センサ - Google Patents
電界センサInfo
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- JP3505669B2 JP3505669B2 JP32293895A JP32293895A JP3505669B2 JP 3505669 B2 JP3505669 B2 JP 3505669B2 JP 32293895 A JP32293895 A JP 32293895A JP 32293895 A JP32293895 A JP 32293895A JP 3505669 B2 JP3505669 B2 JP 3505669B2
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- Japan
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- electric field
- field sensor
- sensor head
- light
- fiber
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- Measuring Instrument Details And Bridges, And Automatic Balancing Devices (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は，ＥＭＣ分野で電波
や電極ノイズの特性測定に用いる計測器に関し，とく
に，空間を伝搬する電磁波の電界強度を測定するための
電界センサ，および放送電波等特定の周波数の信号電波
を検出するアンテナとしても機能する電界センサに関す
る。
や電極ノイズの特性測定に用いる計測器に関し，とく
に，空間を伝搬する電磁波の電界強度を測定するための
電界センサ，および放送電波等特定の周波数の信号電波
を検出するアンテナとしても機能する電界センサに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】コンピュータ等の情報機器や通信機器，
ロボット等のＦＡ機器，自動車，鉄道等の制御器など多
くの電気機器は，互いに外部からの電磁ノイズによって
誤動作などの影響を受ける危険を常にもっている。ＥＭ
Ｃ分野においては，外部の電磁環境や影響を及ぼうよう
なノイズの大きさ，また自らが発生するノイズ等を正確
に測定することが重要となっている。
ロボット等のＦＡ機器，自動車，鉄道等の制御器など多
くの電気機器は，互いに外部からの電磁ノイズによって
誤動作などの影響を受ける危険を常にもっている。ＥＭ
Ｃ分野においては，外部の電磁環境や影響を及ぼうよう
なノイズの大きさ，また自らが発生するノイズ等を正確
に測定することが重要となっている。
【０００３】従来，上述のような電磁ノイズの測定に
は，（ａ）通常のアンテナを用いて受信し，同軸ケーブ
ルで測定器まで導く方法，（ｂ）アンテナを用いて受信
した信号を検波して，光信号に変換し光ファイバで測定
器まで導く方法，及び（ｃ）印加される電界強度に応じ
て透過光の強度が変化するように構成された光学素子を
用いて電界強度変化を光強度変化に変換し，上記光学素
子と光源および測定器に接続された光検出器間を光ファ
イバで接続する方法がある。
は，（ａ）通常のアンテナを用いて受信し，同軸ケーブ
ルで測定器まで導く方法，（ｂ）アンテナを用いて受信
した信号を検波して，光信号に変換し光ファイバで測定
器まで導く方法，及び（ｃ）印加される電界強度に応じ
て透過光の強度が変化するように構成された光学素子を
用いて電界強度変化を光強度変化に変換し，上記光学素
子と光源および測定器に接続された光検出器間を光ファ
イバで接続する方法がある。
【０００４】これらのノイズ測定法のうちで，上記
（ａ）のアンテナを用いる方法が最も一般的であるが，
同軸ケーブル等の電気ケーブルの存在により電界分布が
乱れてしまったり，ケーブル途中からのノイズ混入の恐
れがあるなどの問題があったため，光ファイバを用いた
上記（ｂ）及び（ｃ）の方法が開発されている。
（ａ）のアンテナを用いる方法が最も一般的であるが，
同軸ケーブル等の電気ケーブルの存在により電界分布が
乱れてしまったり，ケーブル途中からのノイズ混入の恐
れがあるなどの問題があったため，光ファイバを用いた
上記（ｂ）及び（ｃ）の方法が開発されている。
【０００５】上記の方法のうち（ｂ）の方法は，ダイオ
ードで検波した信号を増幅して発光ダイオードに加えて
光信号に変換して光ファイバで光検出器に導くものであ
るが，センサヘッド部に電気回路やバッテリを必要とす
るため，ある大きさの金属部分が存在し，かつ，形状も
大きくなってしまう。また，電界の検出感度が低く応答
速度が遅いという欠点がある。
ードで検波した信号を増幅して発光ダイオードに加えて
光信号に変換して光ファイバで光検出器に導くものであ
るが，センサヘッド部に電気回路やバッテリを必要とす
るため，ある大きさの金属部分が存在し，かつ，形状も
大きくなってしまう。また，電界の検出感度が低く応答
速度が遅いという欠点がある。
【０００６】一方，上記（ｃ）の方法では電界強度を透
過光の強度変化に変換する光学素子として電気光学効果
を有する結晶を用いている。その素子構造としては，光
ファイバの出射光をレンズで平行光として小型アンテナ
を取り付けた結晶中を通過させて結晶中の電界により偏
光状態を変化させ，検光子で強度変化に変換した後再び
光ファイバに結合するバルク素子と，結晶上に設けた光
導波路により上記光学素子を構成する導波路形素子があ
り，通常導波路形の方がバルク型よりも１０倍以上検出
感度が高い。また，導波路型の電界センサ用基板結晶に
は電気光学定数の高いニオブ酸リチウム単結晶が一般に
使われている。
過光の強度変化に変換する光学素子として電気光学効果
を有する結晶を用いている。その素子構造としては，光
ファイバの出射光をレンズで平行光として小型アンテナ
を取り付けた結晶中を通過させて結晶中の電界により偏
光状態を変化させ，検光子で強度変化に変換した後再び
光ファイバに結合するバルク素子と，結晶上に設けた光
導波路により上記光学素子を構成する導波路形素子があ
り，通常導波路形の方がバルク型よりも１０倍以上検出
感度が高い。また，導波路型の電界センサ用基板結晶に
は電気光学定数の高いニオブ酸リチウム単結晶が一般に
使われている。
【０００７】図３は従来の電界センサの構成を示す図で
ある。また，図４は図３の電界センサに用いるセンサヘ
ッドの構成を示す図である。図３及び図４を参照する
と，ｃ軸に垂直に切り出したニオブ酸リチウム単結晶基
板１０上には入射光導波路１１，そこから分岐して結合
した位相シフト光導波路１２，および上記２本の位相シ
フト光導波路１２が合流して結合した出射光導波路１３
が形成されている。入射光導波路１１の入射端には，入
射光用に偏波面保持ファイバ８が結合され，出射光導波
路１３の出射端には，出射光用にシングルモードファイ
バ６が接続されている。また，位相シフト光導波路１２
上には一対の変調用電極１４が設置され，アンテナ１５
に接続されている。光源３から偏波面保持ファイバ８を
通った入射光は，入射光導波路１１に入射した後，位相
シフト光導波路１２にエネルギーが分割される。
ある。また，図４は図３の電界センサに用いるセンサヘ
ッドの構成を示す図である。図３及び図４を参照する
と，ｃ軸に垂直に切り出したニオブ酸リチウム単結晶基
板１０上には入射光導波路１１，そこから分岐して結合
した位相シフト光導波路１２，および上記２本の位相シ
フト光導波路１２が合流して結合した出射光導波路１３
が形成されている。入射光導波路１１の入射端には，入
射光用に偏波面保持ファイバ８が結合され，出射光導波
路１３の出射端には，出射光用にシングルモードファイ
バ６が接続されている。また，位相シフト光導波路１２
上には一対の変調用電極１４が設置され，アンテナ１５
に接続されている。光源３から偏波面保持ファイバ８を
通った入射光は，入射光導波路１１に入射した後，位相
シフト光導波路１２にエネルギーが分割される。
【０００８】電界が印加された場合，アンテナ１５によ
り変調用電極１４に電圧が誘起されて位相シフト光導波
路１２中には深さ方向に互いに反対向きの電界成分が生
じる。この結果，電気光学効果により屈折率変化が生じ
て位相シフト光導波路１２を伝搬する光波間には印加電
界の大きさに応じた位相差が変化する。即ち，印加電界
強度に応じてシングルモード光ファイバ６に出射する出
射光の強度は変化することになり，その光強度変化を光
検出器１７で測定することにより印加電界の強度を測定
できる。
り変調用電極１４に電圧が誘起されて位相シフト光導波
路１２中には深さ方向に互いに反対向きの電界成分が生
じる。この結果，電気光学効果により屈折率変化が生じ
て位相シフト光導波路１２を伝搬する光波間には印加電
界の大きさに応じた位相差が変化する。即ち，印加電界
強度に応じてシングルモード光ファイバ６に出射する出
射光の強度は変化することになり，その光強度変化を光
検出器１７で測定することにより印加電界の強度を測定
できる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら，前記従
来の電界センサでは，入射光ファイバとして使われる偏
波面保持ファイバは，シングルモードファイバに較べて
はるかに高価である。このため，特に光源とセンサヘッ
ドの間の距離が長い電界センサの場合には，高いコスト
を甘受せざるを得なく，その打開策が求められていた。
したがって，入射光ファイバを，偏波面保持ファイバか
らシングルモードファイバに替えることが，問題解決の
糸口になるべく予測されたことは当然である。
来の電界センサでは，入射光ファイバとして使われる偏
波面保持ファイバは，シングルモードファイバに較べて
はるかに高価である。このため，特に光源とセンサヘッ
ドの間の距離が長い電界センサの場合には，高いコスト
を甘受せざるを得なく，その打開策が求められていた。
したがって，入射光ファイバを，偏波面保持ファイバか
らシングルモードファイバに替えることが，問題解決の
糸口になるべく予測されたことは当然である。
【００１０】しかしながら，シングルモードファイバを
とおって，光源からセンサヘッドに到達した入射光の偏
光面は変動する。このため，センサヘッドの出射光レベ
ルは，シングルモードファイバの状態如何に依存するた
め，不安定で，電界強度を測定する電界センサとしての
機能を失ったものとなる。
とおって，光源からセンサヘッドに到達した入射光の偏
光面は変動する。このため，センサヘッドの出射光レベ
ルは，シングルモードファイバの状態如何に依存するた
め，不安定で，電界強度を測定する電界センサとしての
機能を失ったものとなる。
【００１１】そこで，本発明の技術的課題は，低廉で，
電界の高分解能測定ができ，信頼性が高められた電界セ
ンサを提供することにある。
電界の高分解能測定ができ，信頼性が高められた電界セ
ンサを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に，本発明の電界センサでは，光源と，受光器と，前記
光源と前記受光器との間に設けられたセンサヘッドと，
前記センサヘッドの入出力光伝送路として設けられた入
射光ファイバ系および出射光ファイバ系と，前記センサ
ヘッドに電気接続されたアンテナとを備えた電界センサ
において，前記光源は，出射光が夫々直線偏光で，かつ
偏波面が互いに直交する二つの光源からなり，前記入射
光ファイバ系は前記二つの光源の出射光をそれぞれ偏波
保持ファイバを経由して結合する光結合器と，前記光結
合器と前記センサヘッドとを接続する第１のシングルモ
ードファイバとを有し，前記出射光ファイバ系は第２の
シングルモードファイバからなることを特徴としてい
る。
に，本発明の電界センサでは，光源と，受光器と，前記
光源と前記受光器との間に設けられたセンサヘッドと，
前記センサヘッドの入出力光伝送路として設けられた入
射光ファイバ系および出射光ファイバ系と，前記センサ
ヘッドに電気接続されたアンテナとを備えた電界センサ
において，前記光源は，出射光が夫々直線偏光で，かつ
偏波面が互いに直交する二つの光源からなり，前記入射
光ファイバ系は前記二つの光源の出射光をそれぞれ偏波
保持ファイバを経由して結合する光結合器と，前記光結
合器と前記センサヘッドとを接続する第１のシングルモ
ードファイバとを有し，前記出射光ファイバ系は第２の
シングルモードファイバからなることを特徴としてい
る。
【００１３】また，本発明の電界センサでは，前記セン
サヘッドは偏光子を具備し，前記第１のシングルモード
ファイバは前記光結合器と前記偏光子とを結合する構成
としたことを特徴としている。
サヘッドは偏光子を具備し，前記第１のシングルモード
ファイバは前記光結合器と前記偏光子とを結合する構成
としたことを特徴としている。
【００１４】また，本発明の電界センサでは，前記した
いずれかの電界センサにおいて，前記二つの光源は，夫
々半導体レーザ励起固体レーザであることを特徴として
いる。
いずれかの電界センサにおいて，前記二つの光源は，夫
々半導体レーザ励起固体レーザであることを特徴として
いる。
【００１５】ここで，本発明において，前記半導体レー
ザ励起固体レーザは，半導体レーザ励起ＹＡＧレーザか
らなることが好ましい。
ザ励起固体レーザは，半導体レーザ励起ＹＡＧレーザか
らなることが好ましい。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下，本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。
て図面を参照して説明する。
【００１７】図１は本発明の第１の実施の形態による電
界センサの構成を示す概略図である。図１を参照する
と，光源は光源１および光源２の２つの光源からなる。
光源１および光源２は，夫々出射光波長が１．３μｍ
で，ともに半導体レーザ励起ＹＡＧレーザであり，直線
偏光を出射する。出射された光は，入射ファイバ系であ
る偏波面保持ファイバ７，光結合器９，第１のシングル
モードファイバ５を介してセンサヘッド４に入射する。
即ち，偏波面保持ファイバ７によって，偏波面を保持さ
れた光は，それぞれの偏波面が互いに垂直をなして光結
合器９で結合される。光結合器９で偏波面が垂直に結合
された光は，第１のシングルモードファイバ５内を互い
に垂直な偏波面を保ちつつ伝搬し，センサヘッド４に入
射する。このため，センサヘッド４の出射光レベルは常
に一定となり，電界センサとしての機能を果たすことが
できる。
界センサの構成を示す概略図である。図１を参照する
と，光源は光源１および光源２の２つの光源からなる。
光源１および光源２は，夫々出射光波長が１．３μｍ
で，ともに半導体レーザ励起ＹＡＧレーザであり，直線
偏光を出射する。出射された光は，入射ファイバ系であ
る偏波面保持ファイバ７，光結合器９，第１のシングル
モードファイバ５を介してセンサヘッド４に入射する。
即ち，偏波面保持ファイバ７によって，偏波面を保持さ
れた光は，それぞれの偏波面が互いに垂直をなして光結
合器９で結合される。光結合器９で偏波面が垂直に結合
された光は，第１のシングルモードファイバ５内を互い
に垂直な偏波面を保ちつつ伝搬し，センサヘッド４に入
射する。このため，センサヘッド４の出射光レベルは常
に一定となり，電界センサとしての機能を果たすことが
できる。
【００１８】ここで，本発明の第１の実施の形態では，
センサヘッド４として，図４に示した従来の光導波路素
子から構成されるセンサヘッドと同様なものを用いてい
る。この場合，センサヘッド４には，ＴＥ波およびＴＭ
波の二つの直線偏光が入射する。光導波路素子からなる
センサヘッド４の消光比が高いために，電界強度の測定
においては，ＴＭ波の影響は実質的に無視することがで
き，通常，実用的な測定が可能である。尚，センサヘッ
ド４からの光は，出射光ファイバ系である第２のシング
ルモードファイバ６を介して受光器１７に入射する。ま
た，図１において，入射光ファイバ系を伝搬する光の偏
波面を矢印を付して示す。
センサヘッド４として，図４に示した従来の光導波路素
子から構成されるセンサヘッドと同様なものを用いてい
る。この場合，センサヘッド４には，ＴＥ波およびＴＭ
波の二つの直線偏光が入射する。光導波路素子からなる
センサヘッド４の消光比が高いために，電界強度の測定
においては，ＴＭ波の影響は実質的に無視することがで
き，通常，実用的な測定が可能である。尚，センサヘッ
ド４からの光は，出射光ファイバ系である第２のシング
ルモードファイバ６を介して受光器１７に入射する。ま
た，図１において，入射光ファイバ系を伝搬する光の偏
波面を矢印を付して示す。
【００１９】このように，本発明の第１の実施の形態で
は，光源１および光源２と光結合器９との間に偏波保持
ファイバ７を使うものの，光結合器９とセンサヘッド４
の間を，従来の偏波保持ファイバに替えて低廉な第１の
シングルモードファイバ５にすることができたこと，セ
ンサヘッド４の周辺が簡単な構成であること，および光
源１，光源２を半導体励起ＹＡＧレーザとしたことによ
る信頼性が高まったこと等が，第１の実施の形態の利点
として挙げられよう。
は，光源１および光源２と光結合器９との間に偏波保持
ファイバ７を使うものの，光結合器９とセンサヘッド４
の間を，従来の偏波保持ファイバに替えて低廉な第１の
シングルモードファイバ５にすることができたこと，セ
ンサヘッド４の周辺が簡単な構成であること，および光
源１，光源２を半導体励起ＹＡＧレーザとしたことによ
る信頼性が高まったこと等が，第１の実施の形態の利点
として挙げられよう。
【００２０】図２は本発明の第２の実施の形態による電
界センサの構成を概略的に示す図である。図２を参照し
て，第２の実施の形態では，前記第１の実施の形態を基
本とし，センサヘッド４が偏光子１６を具備した構成を
なしている。
界センサの構成を概略的に示す図である。図２を参照し
て，第２の実施の形態では，前記第１の実施の形態を基
本とし，センサヘッド４が偏光子１６を具備した構成を
なしている。
【００２１】すなわち，光源１および光源２からの直線
偏光の偏波面は互いに垂直をなして光結合器９で結合さ
れ，第１のシングルモードファイバ５内を垂直な偏波面
を保ちつつ伝搬し，偏光子１６によって特定の偏波面の
光（ＴＥ波）のみをセンサヘッド４に入射する。このた
め入射光の偏波面に依存するセンサヘッド４の特性を無
視することが可能となり，電界の高分解能測定が可能と
なる。尚，図２において，入射光ファイバ系を伝搬する
光の偏波面を矢印を付して示す。
偏光の偏波面は互いに垂直をなして光結合器９で結合さ
れ，第１のシングルモードファイバ５内を垂直な偏波面
を保ちつつ伝搬し，偏光子１６によって特定の偏波面の
光（ＴＥ波）のみをセンサヘッド４に入射する。このた
め入射光の偏波面に依存するセンサヘッド４の特性を無
視することが可能となり，電界の高分解能測定が可能と
なる。尚，図２において，入射光ファイバ系を伝搬する
光の偏波面を矢印を付して示す。
【００２２】このように，本発明の第２の実施の形態に
おいては，電界の高分解能測定が可能となり，前記第１
の実施の形態と同様に，光結合器９とセンサヘッド４の
間を低廉な第１のシングルモードファイバ５にすること
ができたこと，および光源１，光源２を半導体励起ＹＡ
Ｇレーザとしたことによる信頼性が高まったこと等が利
点として挙げられよう。また，センサヘッド４は，偏光
子１６を具備し，シングルモードファイバは，光結合器
９と偏光子１６とを結合する構成とすることによって，
さらに分解能が高い電界センサを実現することができ
る。
おいては，電界の高分解能測定が可能となり，前記第１
の実施の形態と同様に，光結合器９とセンサヘッド４の
間を低廉な第１のシングルモードファイバ５にすること
ができたこと，および光源１，光源２を半導体励起ＹＡ
Ｇレーザとしたことによる信頼性が高まったこと等が利
点として挙げられよう。また，センサヘッド４は，偏光
子１６を具備し，シングルモードファイバは，光結合器
９と偏光子１６とを結合する構成とすることによって，
さらに分解能が高い電界センサを実現することができ
る。
【００２３】
【発明の効果】以上，説明したように，本発明では，２
つの光源と光結合器との間に偏波保持ファイバを使うも
のの，光結合器とセンサヘッドとの間を，偏波保持ファ
イバに替えて低廉な第１のシングルモードファイバにす
ることができたことと，センサヘッドの周辺が簡単な構
成であることで，信頼性が高められた電界センサを提供
することができる。
つの光源と光結合器との間に偏波保持ファイバを使うも
のの，光結合器とセンサヘッドとの間を，偏波保持ファ
イバに替えて低廉な第１のシングルモードファイバにす
ることができたことと，センサヘッドの周辺が簡単な構
成であることで，信頼性が高められた電界センサを提供
することができる。
【００２４】さらに，本発明においては，２つの光源を
半導体励起ＹＡＧレーザとしたことにより，さらに，測
定精度を高め，信頼性が高められた電界センサを提供す
ることができる。
半導体励起ＹＡＧレーザとしたことにより，さらに，測
定精度を高め，信頼性が高められた電界センサを提供す
ることができる。
【００２５】また，本発明においては，センサヘッドに
偏光子を具備させ，第１のシングルモードファイバは光
結合器と偏光子とを結合する構成とすることによって，
さらに分解能が高い電界センサを提供することができ
る。
偏光子を具備させ，第１のシングルモードファイバは光
結合器と偏光子とを結合する構成とすることによって，
さらに分解能が高い電界センサを提供することができ
る。
【図１】本発明の第１の実施の形態による電界センサの
構成を示す概略図である。
構成を示す概略図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態による電界センサの
構成を示す概略図である。
構成を示す概略図である。
【図３】従来の電界センサの一例を示す概略図である。
【図４】図３のセンサヘッドの構成を示す図である。
１，２ 光源（半導体励起ＹＡＧレーザ）
３ 光源
４ センサヘッド
５ 第１のシングルモードファイバ
６ 第２のシングルモードファイバ
７，８ 偏波面保持ファイバ
９ 光結合器
１０ ニオブ酸リチウム単結晶基板
１１ 入射光導波路
１２ 位相シフト光導波路
１３ 出射光導波路
１４ 変調用電極
１５ アンテナ
１６ 偏光子
１７ 光検出器
Claims (4)
- 【請求項１】 光源と，受光器と，前記光源と前記受光
器との間に設けられたセンサヘッドと，前記センサヘッ
ドの入出力光伝送路として設けられた入射光ファイバ系
および出射光ファイバ系と，前記センサヘッドに電気接
続されたアンテナとを備えた電界センサにおいて，前記
光源は，出射光が夫々直線偏光で，かつ偏波面が互いに
直交する二つの光源からなり，前記入射光ファイバ系は
前記二つの光源の出射光をそれぞれ偏波保持ファイバを
経由して結合する光結合器と，前記光結合器と前記セン
サヘッドとを接続する第１のシングルモードファイバと
を有し，前記出射光ファイバ系は第２のシングルモード
ファイバからなることを特徴とする電界センサ。 - 【請求項２】 請求項１記載の電界センサにおいて，前
記センサヘッドは偏光子を具備し，前記第１のシングル
モードファイバは前記光結合器と前記偏光子とを結合す
る構成としたことを特徴とする電界センサ。 - 【請求項３】 請求項１又は２記載の電界センサにおい
て，前記二つの光源は，夫々半導体レーザ励起固体レー
ザであることを特徴とする電界センサ。 - 【請求項４】 請求項３記載の電界センサにおいて，前
記半導体レーザ励起固体レーザは，半導体レーザ励起Ｙ
ＡＧレーザからなることを特徴とする電界センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32293895A JP3505669B2 (ja) | 1995-12-12 | 1995-12-12 | 電界センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32293895A JP3505669B2 (ja) | 1995-12-12 | 1995-12-12 | 電界センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09159707A JPH09159707A (ja) | 1997-06-20 |
| JP3505669B2 true JP3505669B2 (ja) | 2004-03-08 |
Family
ID=18149315
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32293895A Expired - Lifetime JP3505669B2 (ja) | 1995-12-12 | 1995-12-12 | 電界センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3505669B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003014800A (ja) * | 2001-07-05 | 2003-01-15 | Nec Tokin Corp | 電界センシング装置 |
-
1995
- 1995-12-12 JP JP32293895A patent/JP3505669B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09159707A (ja) | 1997-06-20 |
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